海南师范大学物理与电子工程学院杨红教授课题组于2026年10月8日发表以“Mirrorless unidirectional lasing with inversionless gain in an asymmetric ladder atomic Bragg lattices”为题的研究成果于SCI二区期刊《Physical Review A》上。该杂志是美国物理学会（APS）旗下重要期刊，自然指数（Nature Index）物理类收录期刊之一。海南师范大学物理与电子工程学院硕士研究生郑鑫福为论文第一作者，杨红教授为通讯作者，严冬教授和张焓笑副教授参与了相关工作的研讨，海南师范大学为论文第一单位。
一般常规激光必须在增益介质中实现粒子数反转，要求高能级粒子多于低能级，往往需要高强度泵浦、复杂能级结构，还伴随大量自发辐射噪声与热损耗。杨红教授课题组基于一维非对称布拉格原子晶格体系，巧妙构建相干驱动、非相干泵浦的梯型原子系统，依靠弱增益补偿 + 布拉格反馈 + 方向选择相消干涉协同实现激光起振，不需要大量粒子布居在高能级，仅需微弱光学增益即可达到单向激光阈值，大幅降低对泵浦功率的要求。
图1. 泵浦场调控下的单向激光实现
该系统能够在粒子数反转和无反转增益两种机制下实现单向反射激光起振。在粒子数反转区间，泵浦速率与耦合场参数可有效控制系统在单向反射激光与非对称双向反射激光之间切换。单向反射激光特性并非仅由增益决定，而是需要同时形成左反射激光起振条件与右反射干涉谷。在无反转增益区间，推导出无粒子数反转增益所对应的泵浦速率隐式阈值条件，并估算单向反射激光起振所需的平均极化率。证实若同时满足弱增益补偿、布拉格反馈以及右反射通道的相消干涉，体系无需建立粒子数反转即可产生激光。
图2. 有无粒子数反转单向激光的界定
该研究成果阐明了有源布拉格原子晶格中，方向选择性反射激光受泵浦调控的阈值物理机制，并预示该体系有望用于窄带脉冲整形以及反射型光延迟调控。借助泵浦场对激光阈值的连续动态调控，该原子晶格体系可灵活切换单向反射激光与单向反射吸收状态，在不依赖外加磁场、无需集成独立光隔离器的前提下获得内禀非互易光学响应。这一特性使其在片上集成光子信息处理系统中具备巨大潜力：一方面可对窄带光脉冲实现方向选择性的波形重塑与分裂调控；另一方面能够在单向反射激光阈值附近实现可动态调谐的反射型光时延。相关机制可为低功耗窄带相干光源、全光信号缓存、片上单向光子器件的设计提供新思路，也为基于原子晶格的非厄米光学与非互易激光研究搭建了实验与理论基础。
本项研究由海南师范大学杨红教授课题组开展。该工作得到国家自然科学基金（12204137、12564048、12564047、11874004、11204019），海南省研究生创新项目（Hys2025-379）的支持。
论文链接：DOI：https://doi.org/10.1103/5kj5-r5t2
